moniytimisistä

Moniytiminen järjestelmä tarkoittaa CPU-arkkitehtuuria, jossa samassa sirussa on useita suorittimia eli ytimia. Jokainen ydin pystyy suorittamaan omia säikeitään, ja ne jakavat muistin sekä väylät sekä mahdollisesti välimuistinsa. Moniytimisyyden tarkoituksena on parantaa suorituskykyä ja läpivarmuutta erityisesti monisäikeisissä ohjelmissa sekä säilyttää energiatehokkuus.

Tyypillisesti moniytimisissä prosessoreissa on yhteinen muisti ja cache-kierrokset, jotka on suunniteltu toimimaan yhteen ilman liiallista kilpailua. Ytimet voivat olla kiinteästi kiinnitettyjä yhteen kappaleeseen (CMP, chip multiprocessor) tai ne voivat muodostaa eritasoisia muistiyhteyksiä (esimerkiksi NUMA-arkkitehtuuri). Yhteensopiva moniytimisyyden hyödyntäminen edellyttää käyttöjärjestelmää ja ohjelmistoja, jotka kykenevät ajoittamaan ja synkronoimaan useita säikeitä.

Käyttökohteita ovat kuluttajatason tietokoneet, palvelimet, mobiililaitteet sekä sulautetut järjestelmät. Esimerkiksi dual- tai quad-core sekä useampiytimiset sirut ovat yleisiä, ja suuremmissa järjestelmissä voidaan hyödyntää useita kymmeniä tai satoja ytimisiä ratkaisuja. Moniytimisyyden suurin etu on parempi läpäisykyky eli kokonaissuuntautunut suorituskyky useissa rinnakkaisissa tehtävissä.

Haasteina ovat Amdahlin laki, joka rajaa teoreettisen nopeuttavan vaikutuksen, sekä ohjelmiston suunnittelu: rinnakkaisuus, synkronointi ja muistibandwidth voivat muodostaa pullonkauloja. Harjoittelu ja optimointi on tarpeen erityisesti moniytimisissä ympäristöissä, joissa energiatehokkuus ja lämpöhallinta ovat keskeisiä. Tulevaisuudessa kiristyvät heterogeeniset arkkitehtuurit, joissa eri teho- ja energiatehokkuusyhdistelmät valjastavat sekä pää- että apuytimet rinnakkaiseen laskentaan.